基于项目式学习探究APP Inventor对高中生计算思维的培养
王小艳
摘要：计算思维是高中信息技术学科核心素养的基础，是发展学生核心素养的关键。App Inventor 是一款可视化编程工具，学习者可通过这种图形化搭积木的方式快速开发一款APP。本文在项目式学习背景下，提出了基于APP Inventor培养高中生计算思维的学习模式，并展示了基于App Inventor 对学生进行计算思维培养的案例，为高中生计算思维培养的进一步研究提供参考和借鉴。
关键词：项目式学习 App Inventor 计算思维
一、问题的提出
《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》提出计算思维是高中信息技术学科核心素养的基础，是发展学生核心素养的关键。编程思维能够有效帮助学习者了解编程语言并设计程序的逻辑结构，进行程序开发，从而发展学生的计算思维。此版课程标准，倡导基于项目的学习方式。因此，本文主要在项目式学习背景下，针对APP Inventor培养学生的计算思维做一些探讨。
二、相关概念
（一）项目式学习
项目式学习是基于建构主义的学习模式，源于学科又超越学科的综合性课程学习，是与真实世界紧密相连的学习方式，遵循学生的认知发展规律，能够提升学生多元能力、综合组织的有效学习方式。项目式学习强调学生探究的问题来自真实的情境，将整个项目分解成若干个子项目，进而获得能力上的提升。
（二）App Inventor
App Inventor 是一种可视化、在线快速开发移动应用的工具，可用来培养学习者的计算思维能力。学习者通过拖动模块来学习编程、学习设计问题解决方案以及培养自己的创造性思维。
作为开发手机端 APP 的工具，App Inventor 类似于搭积木的简便的操作方式，在组件面板选中所需的组件后，使用鼠标左键拖到手机界面的显示区域。在组件设计模式下，选择相应的组件，在右侧“组件属性”区域，可以设置组件的相关属性，如背景颜色、宽和高、形状、对齐方式等。在逻辑设计模式下，可以编辑组件对应的事件逻辑，如点击按钮触发的相关事件，或者晃动手机触发一些事件行为等。学习者使用模拟器就可以对开发的移动应用进行测试，使用手机AI伴侣扫描二维码就可将设计完成的应用下载到手机中，安装后就可以使用。设计开发APP在为学生带来成就感的同时，还培养和锻炼了他们的思维能力、逻辑能力、沟通能力以及问题解决能力。
（三）计算思维
2006 年，周以真教授提出“计算思维是一种运用计算机科学基本概念求解问题，设计系统和理解人类行为的方式，涵盖了计算机科学领域广度的一系列思维工具”。计算思维可以理解为将无法求解的复杂问题分解成为一个一个可以顺利解决的小问题，最终成功解决原本的复杂问题的一种思维方式。
《普通高中信息技术课程标准（2017年版）》首次将计算思维写入国家课程标准。其中，计算思维是最能反映信息技术学科本质的核心要素。而培养计算思维最直接最有效的方式就是在信息技术课堂上利用编程学习来渗透。考虑到高中生学习的特点，一般选用的都是以 App Inventor 等为代表的可视化编程工具。与传统的编程工具相比，可视化编程可通过直观的操作方式完成界面设计，学习者不需要掌握其他编程语言的复杂代码规则，也不需要太高的硬件配置。
三、将App Inventor 作为培养中学生计算思维工具的优势
梳理国内外大量文献可以发现，学者们在对计算思维进行培养的实验过程中，采用的编程语言普遍具有“低地板、高天花板”的特点，APP Inventor符合这个特点。
APP Inventor是一款在线的免费开发工具，目前国内唯一的App Inventor官方服务器，由麻省理工学院（MIT）联合广州市教育信息中心、华南理工大学计算机科学与工程学院部署，登录网址为app.gzjkw.net。用户可登录此网站，在网站上注册后就可以免费使用。学习者无须掌握复杂的代码规则，就可通过一台能上网的计算机，以搭积木的方式快速开发一款APP软件。
四、App Inventor 对高中生计算思维的培养模式的探究
在广东教育出版社出版的高中《信息技术基础》教材中，在4.1《编制计算机程序解决问题》这节内容中，使用的计算机程序设计语言是VB（Visual Basic），这是一种基于对象的高级程序设计语言，对于一些刚接触编程的高中生来说会有很大的难度。因此对于这部分内容的学习，笔者引入了App Inventor这样的手机APP开发平台，设计了项目课程“猜数字”，让学生用APP Inventor开发手机APP“猜数字”游戏。学习流程如下：
首先，创设情景，确定项目。学生能从问题情境中抽象地表达从1和100之间猜一个整数。当猜的值比给定值小时，提示猜小了;当猜的值比给定值大时，提示猜大了;当猜的值与给定值相当时，提示猜对了。
学生能将项目分解成子任务：组件设计和逻辑设计。对于组件设计可使用的组件有文本输入框、标签、按钮、表格布局、水平布局等。文本输入框用于输入数字。标签可用于提示，如用户输入的数字必须在1和100之间。表格布局和水平布局可用于组件的手机界面设计。
在逻辑设计模式下，学生完成算法的分析后，可通过拖拽左侧逻辑模块的方式进行編码。如当确定按钮被点击后，计数标签显示的数值比上一次增加1，标签提醒文本显示是否猜中、确定按钮是否启用等。编辑代码如图1。
通过模拟测试，学生能够实时通过组件设计的手机界面观察运行结果，从而进一步优化自己的逻辑设计。经过反复模拟测试，学生都能够完成这款猜数字手机APP游戏。最后通过扫描二维码就可将设计好的游戏下载到手机里面。
在交流讨论环节，同学们提出了解决问题的多种方式，有的同学设计的APP游戏能够很快就猜中数字，其所编辑的模块代码如图2。通过交流，学生感受到了问题的解决有多种不同方案，而不同的算法对问题解决在效率上会有影响。学生应根据实际情况，尽可能优化自己的问题解决方案。
学生通过该项目课程学习，能够利用App Inventor开发平台通过搭积木的方式快速给出解決方案，也能够实时对自己开发的程序进行测试。通过这个项目的学习，学生亲身体验了程序的作用及其编制环境，认识了计算机程序解决问题的一般过程。项目式学习过程激发了学生对编程学习的兴趣，也为4.1《编制计算机程序解决问题》这节内容及选修内容的学习打下了基础。
笔者在查询大量文献和多年教学经验的基础上，面对新课标对高中生信息技术课程核心素养的要求，提出了在项目式学习背景下，基于App Inventor培养学生计算思维的模型，如图3。
在此模型中，学习者经历了发现问题、抽象问题描述、任务分析制定计划、设计算法、APP Inventor模块化拼接、交流讨论和总结评价这样完整的项目式学习过程。问题的提出源于真实世界，而不是教师给出的假设。真实的问题有助于学生在学习的过程中关注现实生活中的一些问题，这样的问题才有解决的意义。在抽象问题描述和设计算法之间经历反复思考，在设计算法和完善算法的过程中也有设计，学生在反复思考、修改的过程中，发展了批判性思维，培养了创新思维，最终通过这样一个完整过程的学习，能够提出解决问题的最优方案，提高综合能力。
五、结语
项目式学习是学生对来自真实世界的问题进行探究，在探究的过程中，提升综合能力。笔者基于这种项目式学习，提出了利用APP Inventor高中生计算思维的模式，并以“猜数字”APP的设计与开发作为案例，展示了项目式学习的完整过程，希望能为高中生计算思维培养策略的进一步研究提供借鉴与参考。
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责任编辑：黄大灿 赵潇晗
